UP-2-4 (Уч. пособие к лаб. раб. по ОКТРЭС)

Р а б о т а 4

ОТРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МИКРОСБОРОК ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ

Цель работы - изучение методов экспериментальной отработки функциональных показателей МСБ, определение параметров модели функ­циональной точности и расчет допусков показателей МСБ.

Краткие теоретические сведения

Показатели качества конструкций МЭА принято делить на функцио­нальные и материальные. К функциональным относятся все энергоинфор­мационные показатели: выходная мощность, несущая частота сигнала, чувствительность, коэффициент передачи, ширина полосы пропускания фильтра, быстродействие и др. Материальные показатели (масса, объ­ем, стоимость, интенсивность отказов и др.) характеризуют матери­альное содержание конструкции.

Исходя из многоуровневого принципа построения, в конструкции выделяются функционально и конструктивно законченные части - кон­структивно технологические единицы (КТЕ). Требуемая точность функ­циональных показателей КТЕ высоких уровней (блоков, устройств) обеспечивается выбором строго определенных значений показателей КТЕ низких уровней {МСБ, функциональных узлов). Отработка функцио­нальных показателей микросборки по своему содержанию является задачей обеспечения функциональной точности и решается в следующем порядке:

получение математической модели МСБ в виде

(4.1)

где - функциональный показатель МСБ; - параметры элементов, определяющие значение ;

анализ параметрической чувствительности, состоящий в определе­ния абсолютных

(4.2)

и относительных

(4.3)

функций чувствительности и их количественных оценок - коэффициентов влияния;

составление модели функциональной точности в виде уравнения относительной погрешности функционального показателя

(4.4)

где - относительные (безразмерные) коэффициенты влияния;

- относительные погрешности параметров ;

расчет допусков функционального показателя одним из из­вестных методов: наихудшего случая (максимум-минимум), квадратич­ного суммирования или вероятностным.

Если найденные значения допуска функционального показателя не соответствуют требованиям технического задания, производится коррек­тировка допусков параметров элементов или их номинальных значе­ний. Наиболее сложной частью задачи отработки функциональных показателей является получение математической модели КТЕ в виде (4.1). Вследствие высокой трудоемкости математического моделирования устройств современных РЭС и принципиальной невозможности получения точных математических моделей для определенного класса устройств (например, нелинейных) возникает необходимость обращения к экспе­риментальным методам отработки функциональных показателей.

Экспериментальные методы позволяют, минуя этап получения ма­тематической модели, находить абсолютные и относительные коэффици­енты влияния, производить корректировку допусков и номинальных зна­чений параметров элементов. Знание коэффициентов влияния дает воз­можность записать модель функциональной точности (4.4).

Для отработки функциональных показателей МСБ применяются ме­тоды малых приращений, парциальных характеристик, граничных и мат­ричных испытаний.

Метод малых приращений (малого параметра) предназначен для экспериментального определения абсолютных и относительных коэффи­циентов влияния. В теоретическом аспекте метод базируется на заме­не в (4.2) и (4.3) бесконечно малых приращений конечными прираще­ниями. В результате расчет абсолютного и относительного коэффици­ентов влияния производится по формулам

и ,

где - приращение функционального параметра, обусловленное ма­лым приращением параметра ; - номинальные значения функционального параметра и параметра элемента.

Приращение находят в результате постановки на макете МСБ однофакторного эксперимента, который заключается в парциальном изменении на величину параметров элементов. Точность определе­ния коэффициентов влияния тем выше, чем меньше . Однако прира­щение - должно быть таким, чтобы используемая в эксперименте ап­паратура обеспечивала необходимую точность измерения приращения .

Метод малых приращений прост в реализации, но из-за тесных корреляционных связей между параметрами активных элементов приме­няется лишь для определения коэффициентов влияния параметров пас­сивных элементов.

Метод парциальных характеристик предназначен для эксперимен­тального определения относительных и абсолютных коэффициентов влияния, корректировки допусков и номинальных значений функционального параметра и параметра элемента. Метод состоит в экспериментальном снятии зависимостей относительного изменения функционального

п

Рис. 4.1

араметра от относительного изменения па­раметра элемента .

В общем случае графики этих зависимостей имеют вид, представленный на рис. 4.1. Для любой точки графика можно опре­делить относительный и абсолют­ный коэффициенты влияния. Номинальные значения параметров и задаются условиями эксперимен­та.

В координатной плоскости , строят рабочую область (РО) МСБ, границы которой определяются полями допусков на функциональный показатель и параметр . Корректировка параметров и допусков не требуется, если при отклонение функционального показателя , а запас работоспособности достаточен и приблизительно одинаков для правой и левой ветвей парциальной характеристика. Так, например, для характеристики I (см. рис. 4.1) желательно выравнять запас работоспособности S, для чего необходимо уменьшить номинальные значения функционального показателя и параметра . Положение парциальной характеристики 2 относительно рабочей области говорит о том, что по параметру МСБ не работоспособна. В целях обеспечения работоспо­собности требуется уменьшить допуск на параметр или расширить допуск на функциональный показатель .

При отработке функциональных показателей МСБ методом парци­альных характеристик исследование проводится по всем параметрам . Множество параметров в общем случае может содержать параметры ра­диоэлементов, входных сигналов, источников питания, внешних воз­действий и т.д.

Как и метод малых приращений, метод парциальных характеристик является однофакторным экспериментом; он неприменим к параметрам активных элементов и не позволяет смоделировать реальные рабочие ситуации, возникающие в аппаратуре, когда под воздействием внешних дестабилизирующих факторов одновременно изменяются параметры всех элементов.

Метод граничных испытаний решает те же задачи, что и метод парциальных характеристик и заключается в экспериментальном постро­ении областей работоспособности (ОР) по результатам исследования макета МСБ или реального изделия. На границах ОР наступает отказ МСБ, определяемый по заранее оговоренному признаку (критерию). Обычно используют два критерия отказа:

1. нарушение выполняемых МСБ функций (отсутствие сигнала на вы­ходе, резкое изменение частоты сигнала, нарушение устойчивости, срыв синхронизации и т.д.);

2. изменение функционального показателя до границ определенного техническим заданием поля допуска.

В первом случае целью гранич­ных испытаний является исследование МСБ на общее функционирование (работоспособность); во втором - исследование функционирования

MCБ no полю допуска. При этом на границах OF функциональный показа­тель достигает значения, оговоренного ТЗ или же условиями экспери­мента.

Границы ОР получают в результате активного воздействия на два параметра: граничный и параметр элемента .

Г

Рис. 4.2

раничный параметр должен удовлетворять ряду требований. Желательно, чтобы изменение оказывало сильное влияние на функциональный показатель и практически не влияло на параметр . Руководствуясь этими требования­ми, в качестве граничного параметра обычно выбирают напряжение источника питания.

Область работоспособности удобно строить в координатах и .

В общем случае границы ОР представляют собой непересекаю­щиеся кривые (рис. 4.2), распо­ложенные справа и слева от нача­ла координат. В верхней и нижней полуплоскостях ОР может быть ограничена допустимым изменением параметра , при котором обеспечивается безопасный электрический режим работы активных элементов (границы I и 2). В правой полуплоскости граница ОР не должна пере­секать линию, определяющую верхнее допустимое значение параметра (прямая 3).

Для построения ОР сначала при изменяют значение граничного параметра в сторону увеличения и уменьшения до появления признака отказа. В результате получают точки I и 2 границ ОР. Затем повторяют эксперимент для ряда значений , и полученные точки соединяют плавными кривыми.

Чтобы упростить анализ результатов исследования, ОР совмещают с рабочей областью МСБ по параметрам , и . Корректировка до­пусков и номинальных значений параметров , и , не требуется, если рабочая область лежит внутри ОР симметрично относительно гра­ниц и при этом обеспечивается достаточный запас работоспособности.